1、 选修 3-3热学 第一章 分子动理论 内能【例1】已知水的密度，其摩尔质量，阿伏加德罗常数。试求：某人一口喝了的水，内含多少水分子？估计一个水分子的线度多大？解析：水的摩尔体积是 中的水含有的分子数为 把水分子看成“球体”，并设其直径为，则有 所以 类型二、 对内能概念的理解【例2】下列说法中正确的是（ ）A.物体自由下落时速度增大，所以物体内能也增大B.物体的机械能为零时内能也为零C.物体的体积减小温度不变时，物体内能一定减小D.气体体积增大时气体分子势能一定增大解：物体的机械能和内能是两个完全不同的概念。物体的动能由物体的宏观速率决定，而物体内分子的动能由分子热运动的速率决定。分子动能不
2、可能为零（温度不可能达到绝对零度），而物体的动能可能为零。所以A、B不正确。物体体积减小时，分子间距离减小，但分子势能不一定减小，例如将处于原长的弹簧压缩，分子势能将增大，所以C也不正确。由于气体分子间距离一定大于r0，体积增大时分子间距离增大，分子力做负功，分子势能增大，所以D正确。【巩固练习】1.（2011四川理综T14）气体能够充满密闭容器，说明气体分子除相互碰撞的短暂时间外（ ）A 气体分子可以做布朗运动B 气体分子的动能都一样大C 相互作用力十分微弱，气体分子可以自由运动D 相互作用力十分微弱，气体分子间的距离都一样大【答案】选C.布朗运动本身并不是分子运动，因此A错；分子作无规则的
3、热运动，各个分子的动能不同，B错；气体分子平均距离较远，所以分子力十分微弱，C正确；由于无规则的热运动，每个气体分子之间的距离是变化的， D错.2.（2011上海高考物理T8）某种气体在不同温度下的气体分子速率分布曲线如图所示，图中表示处单位速率区间内的分子数百分率，所对应的温度分别为，则（ ）(A) (B)TTT (C) (D) 【答案】选B.【详解】曲线下的面积表示表示分子速率从0所有区间内分子数的比率之和，显然其值应等于1，当温度升高时，分子的速率普遍增大，所以曲线的高峰向右移动，曲线变宽，但由于曲线下总面积恒等于1，所以曲线的高度相应降低，曲线变得平坦。所以，TTT3.（2011山东高
4、考T36）（1）人类对物质属性的认识是从宏观到微观不断深入的过程，以下说法正确的是 。 a液晶的分子势能与体积有关 b晶体的物理性质都是各向异性的 c温度升高，每个分子的动能都增大 d露珠呈球状是由于液体表面张力的作用（2）气体温度计结构如图所示。玻璃测温泡A内充有理想气体，通过细玻璃管B和水银压强计相连。开始时A处于冰水混合物中，左管C中水银面在O点处，右管D中水银面高出O点=14cm。后来放入待测恒温槽中，上下移动D，使左管C中水银面在O点处，测得右管D中水银面高出O点h2=44cm（已知外界大气压为1个标准大气压，1标准大气压相当于76cmHg）求恒温槽的温度此过程A内气体内能 （填“增
5、大”或“减小”），气体不对外做功，气体将 (填“吸热”或者“放热”)。【答案】（1）a、b （2）或 增大 吸热 【详解】（1）选a、d。液晶是一类处于液态和固态之间的特殊物质，其分子间的作用力较强，在体积发生变化时需要考虑分子间力的作用，分子势能和体积有关，a正确。晶体分为单晶体和多晶体，单晶体物理性质表现为各向异性，多晶体物理性质表现为各向同性，b错误。温度升高时，分子的平均动能增大但不是每一个分子动能都增大，c错误。露珠由于受到表面张力的作用表面积有收缩到最小的趋势即呈球形，d正确。（2）由于在温度变化前后左端被封闭气体的体积没有发生变化，由查理定律可得带入数据可得恒温槽的温度此过程中由
6、于被封闭理想气体温度升高，故内能增大；由热力学第一定律知在没对外做功的前提下应该从外界吸收热量。 4.（2011广东理综T13）如图3所示,两个接触面平滑的铅柱压紧后悬挂起来,下面的铅柱不脱落,主要原因是 （ ）A.铅分子做无规则热运动B.铅柱受到大气压力作用C.铅柱间存在万有引力作用D.铅柱间存在分子引力作用【答案】选D.【详解】挤压后的铅分子之间的距离可以达到分子之间存在相互作用力的距离范围内，故不脱落的主要原因是分子之间的引力，故D正确，A.B.C错误。5（2010全国卷19）右图为两分子系统的势能Ep与两分子间距离r的关系曲线。下列说法正确的是（ ）A当r大于r1时，分子间的作用力表现
7、为引力B当r小于r1时，分子间的作用力表现为斥力C当r等于r2时，分子间的作用力为零D在r由r1变到r2的过程中，分子间的作用力做负功【答案】BC【解析】分子间距等于r0时分子势能最小，即r0= r2。当r小于r1时分子力表现为斥力；当r大于r1小于r2时分子力表现为斥力；当r大于r2时分子力表现为引力，A错BC对。在r由r1变到r2的过程中，分子斥力做正功分子势能减小，D错误。【命题意图与考点定位】分子间距于分子力、分子势能的关系6. （2010上海物理14）分子间的相互作用力由引力与斥力共同产生，并随着分子间距的变化而变化，则（ ）（A）分子间引力随分子间距的增大而增大（B）分子间斥力随分
8、子间距的减小而增大（C）分子间相互作用力随分子间距的增大而增大（D）分子间相互作用力随分子间距的减小而增大答案：B解析：根据分子力和分子间距离关系图象，如图，选B。本题考查分子间相互作用力随分子间距的变化，图象的理解。难度：中等。7.（09北京13）做布朗运动实验，得到某个观测记录如图。图中记录的是 （ ）A分子无规则运动的情况B某个微粒做布朗运动的轨迹C某个微粒做布朗运动的速度时间图线D按等时间间隔依次记录的某个运动微粒位置的连线解析：布朗运动是悬浮在液体中的固体小颗粒的无规则运动，而非分子的运动，故A项错误；既然无规则所以微粒没有固定的运动轨迹，故B项错误，对于某个微粒而言在不同时刻的速度
9、大小和方向均是不确定的，所以无法确定其在某一个时刻的速度，故也就无法描绘其速度-时间图线，故C项错误；故只有D项正确。8.（09上海物理2）气体内能是所有气体分子热运动动能和势能的总和，其大小与气体的状态有关，分子热运动的平均动能与分子间势能分别取决于气体的 （ ）A温度和体积 B体积和压强C温度和压强D压强和温度解析：由于温度是分子平均动能的标志，所以气体分子的动能宏观上取决于温度；分子势能是由于分子间引力和分子间距离共同决定，宏观上取决于气体的体积。因此答案A正确。9.（09江苏卷物理12.A）（选修模块33）（12分）（1）若一气泡从湖底上升到湖面的过程中温度保持不变，则在此过程中关于气
10、泡中的气体，下列说法正确的是（ ） 。（填写选项前的字母）（A）气体分子间的作用力增大 （B）气体分子的平均速率增大（C）气体分子的平均动能减小 （D）气体组成的系统地熵增加（2）若将气泡内的气体视为理想气体，气泡从湖底上升到湖面的过程中，对外界做了0.6J的功，则此过程中的气泡 （填“吸收”或“放出”）的热量是 J。气泡到达湖面后，温度上升的过程中，又对外界做了0.1J的功，同时吸收了0.3J的热量，则此过程中，气泡内气体内能增加了 J。 （3）已知气泡内气体的密度为1.29kg/，平均摩尔质量为0.29kg/mol。阿伏加德罗常数，取气体分子的平均直径为，若气泡内的气体能完全变为液体，请估
11、算液体体积与原来气体体积的比值。（结果保留一位有效数字）。答案：A. (1) D ；(2) 吸收；0.6；0.2；(3) 设气体体积为，液体体积为，气体分子数, (或)则 （或）解得 (都算对) 解析：（1）掌握分子动理论和热力学定律才能准确处理本题。气泡的上升过程气泡内的压强减小，温度不变，由玻意尔定律知，上升过程中体积增大，微观上体现为分子间距增大，分子间引力减小，温度不变所以气体分子的平均动能、平均速率不变，此过程为自发过程，故熵增大。D 项正确。（2）本题从热力学第一定律入手，抓住理想气内能只与温度有关的特点进行处理。理想气体等温过程中内能不变，由热力学第一定律，物体对外做功0.6J，
12、则一定同时从外界吸收热量0.6J，才能保证内能不变。而温度上升的过程，内能增加了0.2J。（3）微观量的运算，注意从单位制检查运算结论，最终结果只要保证数量级正确即可。设气体体积为，液体体积为，气体分子数, (或)则 （或）解得 (都算对) 【考点模拟演练】1已知某气体的摩尔体积为VA，摩尔质量为MA，阿伏加德罗常数为NA，则根据以上数据可以估算出的物理量是 ()A分子质量 B分子体积C分子密度 D分子间平均距离【答案】AD【详解】根据m可知选项A正确；由于气体分子间距很大，故无法求出分子的体积和密度，选项B、C错误；由Vd3可知选项D正确2.做布朗运动实验，得到某个观测记录如图.图中记录的是
13、( )A.分子无规则运动的情况B.某个微粒做布朗运动的轨迹C.某个微粒做布朗运动的速度时间图线D.按等时间间隔依次记录的某个运动微粒位置的连线【答案】选D.【详解】布朗运动是悬浮在液体中的固体小颗粒的无规则运动，而非分子的运动，故A项错误；既然无规则所以微粒没有固定的运动轨迹，故B项错误；对于某个微粒而言，在不同时刻的速度大小和方向均是不确定的，所以无法确定其在某一个时刻的速度，故也就无法描绘其速度时间图线，故C项错误，D项正确.3下列说法中正确的是 ()A给轮胎打气的过程中，轮胎内气体内能不断增大B洒水车在不断洒水的过程中，轮胎内气体的内能不断增大C太阳下暴晒的轮胎爆破，轮胎内气体内能减小D
14、拔火罐过程中，火罐能吸附在身体上，说明火罐内气体内能减小【答案】ACD【详解】给轮胎打气的过程中，轮胎内气体质量增加，体积几乎不变，压强增加，温度升高，内能增加，选项A正确；洒水车内水逐渐减小，轮胎内气体压强逐渐减小，体积增大，对外做功，气体内能减小，选项B错误；轮胎爆破的过程中，气体膨胀对外做功，内能减小，选项C正确；火罐内气体温度逐渐降低时，内能减小，选项D正确4.如图所示，甲分子固定在坐标原点O，乙分子位于x轴上，甲分子对乙分子的作用力与两分子间距离的关系如图中曲线所示.F0表示斥力，F0为斥力，F0为引力A、B、C、D为x轴上四个特定的位置，现把乙分子从A处由静止释放，选项中四个图分别
15、表示乙分子的速度、加速度、势能、动能与两分子间距离的关系，其中大致正确的是 ()【答案】B【详解】乙分子的运动方向始终不变，A错误；加速度与力的大小成正比，方向与力相同，故B正确；乙分子从A处由静止释放，分子势能不可能增大到正值，故C错误；分子动能不可能为负值，故D错误8若以表示水的摩尔质量，v表示在标准状态下水蒸气的摩尔体积，为在标准状态下水蒸气的密度，NA为阿伏加德罗常数，m、分别表示每个水分子的质量和体积，下面四个关系式，其中正确的是()NAmA和B和C和 D和【答案】B【详解】NA，NA，所以m，B选项正确9.(1)如图所示，把一块洁净的玻璃板吊在橡皮筋的下端，使玻璃板水平地接触水面，
16、如果你想使玻璃板离开水面，必须用比玻璃板重力_ 的拉力向上拉橡皮筋，原因是水分子和玻璃的分子间存在_作用.(2)往一杯清水中滴入一滴红墨水，一段时间后，整杯水都变成了红色，这一现象在物理学中称为_现象，是由于分子的_而产生的.【答案】(1)大 分子引力 (2)扩散 无规则运动(热运动)【详解】(1)由于玻璃板除受竖直向下的重力外还受向下的水分子和玻璃分子间的分子引力，故向上的拉力应大于重力.(2)题目中的现象是由于分子无规则运动而引起的扩散现象.10.(2011苏州模拟)用油膜法估测分子的大小.实验器材有：浓度为0.05%(体积分数)的油酸酒精溶液、最小刻度为0.1 mL的量筒、盛有适量清水的
17、浅盘、痱子粉、胶头滴管、玻璃板、彩笔、坐标纸(最小正方形边长为1 cm).则(1)下面给出的实验步骤中，正确排序应为_(填序号)为估算油酸分子的直径，请补填最后一项实验步骤DA.待油酸薄膜的形状稳定后，将玻璃板放在浅盘上，用彩笔将油酸薄膜的形状画在玻璃板上B.用滴管将浓度为0.05%的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中，记下滴入1 mL油酸酒精溶液的滴数NC.将痱子粉均匀地撒在浅盘内水面上，用滴管吸取浓度为0.05 %的油酸酒精溶液，从低处向水面中央滴入一滴D._.(2)利用以上测量数据，写出单个油酸分子直径的表达式为_.【答案】(1)BCA 将画有油酸薄膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上，以坐标纸上边
18、长为1 cm的正方形为单位，计算轮廓内正方形的个数，算出油酸薄膜的面积S(2) 【详解】(1)根据实验原理可得，给出的实验步骤的正确排序为BCA，步骤D应为将画有油酸薄膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上，以坐标纸上边长为1 cm的正方形为单位，计算轮廓内正方形的个数，算出油酸薄膜的面积S.(2)每滴油酸酒精溶液的体积为1滴油酸酒精溶液所含纯油酸的体积为V= 0.05%所以单个油酸分子的直径为11. (1)已知某气体的摩尔体积为VA，摩尔质量为MA，阿伏加德罗常数为NA，由以上数据能否估算出每个分子的质量、每个分子的体积、分子之间的平均距离？(2)当物体体积增大时，分子势能一定增大吗？(3)在同一个坐标系中画出分子力F和分子势能Ep随分子间距离的变化图象，要求表现出Ep最小值的位置及Ep变化的大致趋势【详解】(1)可估算出每个气体分子的质量m0；由于气体分子间距较大，由V0，求得的是一个分子占据的空间而不是一个气体分子的体积，故不能估算每个分子的体积；由d 可求出分子之间的平均距离(2)在rr0范围内，当r增大时，分子力做负功，分子势能增大；在rr0范围内，当r增大时，分子力做正功，分子势能减小，故不能说物体体积增大，分子势能一定增大，只能说当物体体积变化时，其对应的分子势能也变化(3)
